KR20010021262A - A semiconductor light emitted device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same.
보다 상세하게는, 본 발명은 질화갈륨계 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자에 관한 것으로, 장파장화, 고휘도화, 신뢰성의 향상이 가능한 반도체 발광소자에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) using gallium nitride compound semiconductors, and to a semiconductor light emitting device capable of long wavelength, high brightness and improved reliability. will be.
또한, 본 발명은 질화갈륨계 화합물 반도체 또는 그 이외의 재료로 이루어진 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자에 관한 것으로, 전류차단구조의 형성이 유리한 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) made of a gallium nitride compound semiconductor or other materials, and a semiconductor light emitting device having an advantageous formation of a current blocking structure and a method of manufacturing the same. It is about.
최근, 단파장 영역의 발광소자의 재료로서, 질화갈륨계 화합물 반도체가 실용화 되어, 이제까지는 곤란했던 발광강도가 높은 자외광, 청색, 녹색 등의 발광이 가능하게 되고 있다. 더욱이, 질화갈륨계 화합물 반도체는, 재료 물성의 관점으로부터는 발광파장을 633nm까지 장파장화 할 수도 있기 때문에 적색영역까지 발광의 가능성이 있어, 종래의 갈륨비소(GaAs)계 대신, 전 가시영역에서의 발광을 실현할 수 있는 가능성이 있다.In recent years, gallium nitride compound semiconductors have been put into practical use as materials for light emitting devices in a short wavelength region, and light emission such as ultraviolet light, blue, green, etc., which have been difficult until now, has become possible. In addition, the gallium nitride compound semiconductor may have a long emission wavelength of up to 633 nm from the viewpoint of material properties, so that light may be emitted to the red region, and instead of the conventional gallium arsenide (GaAs) system, There is a possibility that light emission can be realized.
여기서, 본 발명에 있어서 「질화갈륨계 화합물 반도체」로는, BxInyAlzGa(1-x-y-z)N(0 ≤x ≤1, 0 ≤y ≤1, 0 ≤z ≤1)의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함하고, 더욱이 Ⅴ족 원소로서는, N에 부가하여 인(P)이나 비소(As) 등을 함유하는 혼정(混晶)도 함유하는 것으로 한다.In the present invention, as the "gallium nitride compound semiconductor", III- of B x In y Al z Ga (1-xyz) N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1) In addition to the group V compound semiconductor, the group V element also contains a mixed crystal containing phosphorus (P), arsenic (As), and the like in addition to N.
도 8은 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자의 전형적인 예를 나타낸 개략 단면도이다. 즉, 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자(100)는 사파이어 기판(118) 상에 GaN 버퍼층(도시하지 않았슴), n형 GaN층(119), 발광층(120), p형 GaN층(105)이 이 순서로 적층된 구성을 갖는다. 발광층(120) 및 p형 GaN층(105)의 일부는 에칭 제거되고, n형 GaN층(119)이 노출되어 있다. 그리고, p형 GaN층(105) 상에는 p측 투명전극(106)과 전류 저지용의 절연막(121)이 설치되고, 절연막(121) 상에 p측 투명전극(106)과 접속된 p측 본딩전극(107)이 설치되어 있다. 또한, n형 GaN층 상에는 n측 전극(109)이 설치되어 있다.8 is a schematic cross-sectional view showing a typical example of a conventional gallium nitride compound semiconductor light emitting device. That is, in the gallium nitride compound semiconductor light emitting device 100, a GaN buffer layer (not shown), an n-type GaN layer 119, an emission layer 120, and a p-type GaN layer 105 are formed on the sapphire substrate 118. It has a laminated structure in this order. A portion of the light emitting layer 120 and the p-type GaN layer 105 is etched away, and the n-type GaN layer 119 is exposed. The p-side transparent electrode 106 and the insulating film 121 for blocking current are provided on the p-type GaN layer 105, and the p-side bonding electrode connected to the p-side transparent electrode 106 on the insulating film 121. 107 is provided. In addition, an n-side electrode 109 is provided on the n-type GaN layer.
이와 같은 구조에서는, p측 본딩전극(107)을 매개로 공급된 전류는, 도전성이 양호한 투명전극(106)에 면내 방향으로 퍼지고, p형 GaN층(105)으로부터 InGaN 발광층(120)으로 전류가 주입되어 발광하고, 그 광은 투명전극(106)을 통해 소자의 외부로 취출된다.In such a structure, the current supplied through the p-side bonding electrode 107 spreads in the in-plane direction to the transparent electrode 106 having good conductivity, and the current flows from the p-type GaN layer 105 to the InGaN light emitting layer 120. The light is injected and emitted, and the light is taken out of the device through the transparent electrode 106.
여기서, 도 8에 예시한 종래의 발광소자의 하나의 특징은, 「격자비정합계」, 즉 기판과 성장층의 격자정수가 크게 다른 것이다. GaN의 격자정수는 3.19A(옹스트롱)인 것에 대해, 기판(118)으로서 이용되고 있는 사파이어의 격자정수는 2.75A이고, 격자부정합 Δa/a는 16%에 달한다. 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자에 있어서는, 이와 같이 격자정수가 크게 다른 기판 상에 다량의 결정결함을 함유하는 GaN계 결정을 성장시켜 발광을 일으켜 왔다.One characteristic of the conventional light emitting element illustrated in FIG. 8 is that the "lattice ratio matching", that is, the lattice constants of the substrate and the growth layer are significantly different. While the lattice constant of GaN is 3.19 A (Angstrom), the lattice constant of sapphire used as the substrate 118 is 2.75 A, and the lattice mismatch Δa / a reaches 16%. In a conventional gallium nitride compound semiconductor light emitting device, GaN-based crystals containing a large amount of crystal defects are grown on a substrate having greatly different lattice constants to emit light.
그런데, 도 8에 예시한 바와 같은 질화갈륨계 화합물 반도체의 재료계에 있어서, 녹색 내지 적색영역과 같이 비교적 긴 파장대에서의 발광을 얻기 위해서는, 발광층(120)을 구성하는 재료로서 InGaN을 이용할 필요가 있다. 이 때문에, 종래에는 발광층(120)을 InGaN의 단층으로 이루어진 것으로 하든지, 또는 특허공개공보 평10-270758호에서 개시되어 있는 바와 같이, InGaN웰층과, GaN장벽층을 이용한 다중양자정호(MQW: Multiple Quantum Well)를 이용한 것으로 했었다. 그리고, 발광파장을 장파장화 시킴에 따라 그 In(인듐) 조성을 높게 할 필요가 있다.By the way, in the material system of a gallium nitride compound semiconductor as shown in FIG. 8, in order to obtain light emission in a relatively long wavelength range like green-red region, InGaN needs to be used as a material which comprises the light emitting layer 120. FIG. have. For this reason, conventionally, the light emitting layer 120 is composed of a single layer of InGaN, or as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-270758, and using a InGaN well layer and a GaN barrier layer, multiple quantum crystals (MQW) Quantum Well) was used. As the light emission wavelength is increased, the In (indium) composition needs to be increased.
그러나, InN의 격자정수는 약 3.55A이고, InGaN에 있어서 In 조성을 올리면, 사파이어 기판이나 GaN층과의 격자정수의 「오차」는 더 커진다. 결국, 종래의 발광소자에 있어서, 발광층(120)의 In 조성을 올리면, 상술한 바와 같은 「격자 비정합계」인 것에 기인하여, 사파이어 기판(118)이나 GaN층 105, 119와의 격자 부정합의 「오차」가 더 커져, 발광층(120)의 결정성이 극도로 악화된다는 문제가 생긴다.However, the lattice constant of InN is about 3.55 A, and when In composition is increased in InGaN, the "error" of the lattice constant with the sapphire substrate or the GaN layer becomes larger. As a result, in the conventional light emitting device, when the In composition of the light emitting layer 120 is increased, the lattice mismatch between the sapphire substrate 118 and the GaN layers 105 and 119 is caused due to the "lattice mismatching system" as described above. Becomes larger, resulting in a problem that the crystallinity of the light emitting layer 120 is extremely deteriorated.
또한, In의 평형(平衡) 증기압이 높기 때문에, 발광층(120)의 In 조성을 높게 하면, 결정성장의 경우에, 한번 결정성장한 발광층이 분리되거나 재증발해 버린다는 문제도 있었다.In addition, since In has a high equilibrium vapor pressure, when the In composition of the light emitting layer 120 is increased, there is also a problem that, in the case of crystal growth, the light emitting layer once crystal grown is separated or re-evaporated.
이와 같이, 도 8에 예시한 바와 같은 구조의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자에 있어서는, 발광파장을 길게함에 따라 양질의 결정을 성장시키는 것이 곤란해져, 발광파워가 크게 저하한다는 문제가 있다. 이 때문에, 종래의 발광소자에서는 발광층(120)을 구성하는 InxGa1-xN의 In의 함유량의 상한은 많아야 x=0.3정도이고, 파장으로 환산하면 450nm의 청색부터 녹색까지의 발광이 한계였다.As described above, in a gallium nitride compound semiconductor light emitting device having a structure as illustrated in FIG. 8, it is difficult to grow high-quality crystals as the light emission wavelength is increased, and thus there is a problem that the light emission power is greatly reduced. For this reason, in the conventional light emitting device, the upper limit of the In content of In x Ga 1-x N constituting the light emitting layer 120 is at most x = 0.3, and in terms of wavelength, light emission from 450 nm blue to green is limited. It was.
종래의 발광소자에 있어서, 좀더 장파장화 하기 위해, Zn과 Si의 양쪽을 도프하는 등으로 하여 불순물 준위를 통한 발광을 생성시키는 방법도 있지만, 발광한 광의 절반값 폭이 넓어 단색성이 나빠진다는 결점이나, 밴드 단발광 보다도 발광파워가 작은 등의 결점이 있다.In the conventional light emitting device, in order to make the wavelength longer, there is also a method of generating light emission through impurity levels by doping both Zn and Si, but the shortcoming of the emitted light is wider, resulting in poor monochromatic properties. However, there are drawbacks such as light emission power is smaller than band short emission.
더욱이, 초기특성 뿐만 아니라, 격자정수의 「오차」가 큰 사파이어 기판 상에 GaN층을 결정성장 시키면, 버퍼층을 매개로 성장해도 결정에 큰 스트레스가 가해져, 많은 격자결함이 발생하여 발광소자의 신뢰성, 즉 수명이나 각 특성의 장기적 안정성도 저하시킨다는 문제도 있었다. 이 문제는, 특히 고성능의 반도체 레이저의 실현을 위해서는 심각하다.In addition, if the GaN layer is grown on a sapphire substrate having a large "error" in the lattice constant as well as the initial characteristics, even when grown through the buffer layer, a large stress is applied to the crystal, resulting in many lattice defects, resulting in reliability of the light emitting device, That is, there also existed a problem that the long-term stability of a lifetime or each characteristic also fell. This problem is particularly serious for the realization of high performance semiconductor lasers.
풀칼라 디스플레이에는 적·청·녹의 발광이 필요하다. 그러나, 상술한 각종의 문제가 존재하기 때문에, 종래는 질화갈륨계 재료를 이용하여 고휘도의 장파장 영역, 즉 적색발광을 얻는 것이 극히 곤란했다.Full color displays require red, blue and green light emission. However, since the above-mentioned various problems exist, it was extremely difficult to conventionally obtain a high luminance long wavelength region, that is, red light emission using a gallium nitride system material.
한편, 도 8에 예시한 바와 같은 종래의 발광소자에서는, 기판(118)으로 이용하는 사파이어가 도전성을 갖지 않기 때문에, p측 전극과 n측 전극을 모두 발광소자의 상측에 형성할 필요가 있다. 그 때문에, 필요로 되는 칩 면적이 커지게 되고, 1매의 웨이퍼로부터 얻어지는 소자 수가 적어져, 비용이 높아진다는 문제도 있었다.On the other hand, in the conventional light emitting device as illustrated in FIG. 8, since the sapphire used as the substrate 118 is not conductive, it is necessary to form both the p-side electrode and the n-side electrode above the light emitting device. Therefore, there is a problem that the required chip area is increased, the number of elements obtained from one wafer is small, and the cost is high.
한편, 도 8에 나타낸 바와 같은 종래의 발광소자에서는, 전류를 차단하기 위해 본딩패드(107)의 아래에 절연막(121)을 설치할 필요가 있어, 구조상 및 제조공정상의 관점으로부터 번잡하다는 문제도 있었다.On the other hand, in the conventional light emitting device as shown in FIG. 8, it is necessary to provide the insulating film 121 under the bonding pad 107 in order to cut off a current, and there also existed a problem that it was complicated from a structural viewpoint and a manufacturing process viewpoint.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 결정성의 열화를 일으키지 않고, 종래 보다도 높은 In 조성을 갖는 발광층을 확실히 성장시킴으로써, 녹색부터 적색영역에 이르는 장파장의 발광을 확실히 얻을 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는 것에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and provides a semiconductor light emitting device that can reliably obtain long wavelength light emission from green to red region by reliably growing a light emitting layer having a higher In composition than deterioration of crystallinity. The purpose is to do that.
또한, 본 발명은 전류차단구조를 확실하면서 용이하게 형성할 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which can reliably and easily form a current blocking structure.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view conceptually showing a semiconductor light emitting device according to the present invention;
도 2는 GaN과 InN과 AlN의 a축 방향의 격자정수의 관계를 나타낸 그래프,2 is a graph showing the relationship between lattice constants in the a-axis direction of GaN, InN, and AlN;
도 3은 GaN기판 상에 MQW층의 각 층을 에픽택셜 성장시킨 경우의 격자정합의 상태를 나타낸 개념도,3 is a conceptual diagram showing a state of lattice matching when epitaxially growing each layer of an MQW layer on a GaN substrate;
도 4는 제1실시예에 의한 발광소자의 전류-광파워 특성을 나타낸 그래프,4 is a graph showing current-optical power characteristics of the light emitting device according to the first embodiment;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도,5 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도,6 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도,7 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention;
도 8은 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자의 전형적인 예를 나타낸 개략 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view showing a typical example of a conventional gallium nitride compound semiconductor light emitting device.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10A~D --- 반도체 발광소자, 11 --- 기판,10A ~ D --- semiconductor light emitting device, 11 --- substrate,
12 --- n-GaN버퍼층, 13 --- MQW발광층,12 --- n-GaN buffer layer, 13 --- MQW light emitting layer,
13a --- InGaN층, 13b --- AlGaN층,13a --- InGaN layer, 13b --- AlGaN layer,
14 --- p-AlGaN클레드층, 15 --- p-GaN층,14 --- p-AlGaN cladding layer, 15 --- p-GaN layer,
16 --- 투명전극, 17 --- 본딩패드,16 --- transparent electrodes, 17 --- bonding pads,
18 --- 보호막, 19 --- n측 전극,18 --- protective film, 19 --- n-side electrode,
20 --- n-AlGaN클레드층, 24 --- n-GaN가이드층,20 --- n-AlGaN cladding layer, 24 --- n-GaN guide layer,
25 --- p-AlGaN층, 26 --- p-GaN가이드층,25 --- p-AlGaN layer, 26 --- p-GaN guide layer,
27 --- 절연막(층), 28 --- p측 전극.27 --- insulating film (layer), 28 --- p-side electrode.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 발광소자는, 기판과, 상기 기판의 주면 상에 설치된 발광층을 구비한 반도체 발광소자에 있어서, 상기 발광층은 상기 기판 보다도 큰 격자정수를 갖는 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어진 제1층과, 상기 기판 보다도 작은 격자정수를 갖는 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어진 제2층을 갖추고, 상기 제1층은 상기 제2층에 의해 상기 주면에 평행한 방향으로 거의 탄성적으로 압축되어 상기 기판과의 격자정수의 차가 감소하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor light emitting device of the present invention for solving the above problems, a semiconductor light emitting device comprising a substrate and a light emitting layer provided on the main surface of the substrate, the light emitting layer is a gallium nitride compound having a larger lattice constant than the substrate A first layer made of a semiconductor and a second layer made of a gallium nitride compound semiconductor having a lattice constant smaller than that of the substrate, the first layer being substantially elastic in a direction parallel to the main surface by the second layer. Compressed to reduce the difference in lattice constant with the substrate.
여기서, 상기 제1층은 InxGa1-xN(0 ≤x ≤1)으로 이루어지고, 상기 제2층은 AlyGazIn1-y-zN(0 < y ≤1, 0 ≤z ≤1, y+z ≤1)로 이루어진 것을 특징으로 한다.Here, the first layer is made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second layer is Al y Ga z In 1-yz N (0 <y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, y + z ≤ 1).
또한, 상기 제1층은 전자의 드·브로이파의 파장정도의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the first layer has a layer thickness of about the wavelength of the electron de-broy wave.
또한, 상기 기판은 GaN과 격자정합 하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate is characterized in that consisting of a lattice matching material with GaN.
보다 구체적으로는, 상기 기판은 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 한다.More specifically, the substrate is characterized in that made of GaN.
또한, 상기 발광층은 복수의 상기 제1층과 복수의 상기 제2층을 번갈아 적층하여 이루어지고, 상기 복수의 제1층중 적어도 어느 하나는 다른 제1층과는 다른 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 한다.The light emitting layer is formed by alternately stacking a plurality of the first layers and a plurality of the second layers, and at least one of the plurality of first layers has a band gap different from that of the other first layers. .
또한, 상기 발광층은 복수의 상기 제1층과 복수의 상기 제2층을 번갈아 적층하여 이루어지고, 상기 복수의 제1층중 적어도 어느 하나는 인접하는 제2층으로부터 받는 상기 압축량이 다른 제1층과는 다름으로써, 다른 제1층과는 다른 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.The light emitting layer may be formed by alternately stacking a plurality of the first layers and a plurality of the second layers, and at least one of the plurality of first layers may include a first layer having a different compression amount received from an adjacent second layer. Is different, and emits light having a wavelength different from that of the other first layers.
더욱이, 상기 복수의 제1층의 각각으로부터 방출되는 광을 합성함으로써, 백색광이 얻어지는 것을 특징으로 한다.Further, white light is obtained by synthesizing light emitted from each of the plurality of first layers.
또한, 본 발명의 반도체 발광소자는, 제1도전형의 반도체와, 상기 제1도전형의 반도체에 접촉하여 설치된 전극을 구비하고, 상기 반도체와 상기 전극과의 접촉부는 접촉저항이 낮은 제1영역과, 접촉저항이 높은 제2영역을 갖추고,In addition, the semiconductor light emitting device of the present invention includes a first conductive semiconductor and an electrode provided in contact with the first conductive semiconductor, wherein the contact portion between the semiconductor and the electrode has a low contact resistance. And a second region having a high contact resistance,
상기 제1영역에 있어서는 상기 제1도전형의 반도체에 대해 오믹성 접촉이 가능한 제1금속이 상기 제1도전형의 반도체에 접촉하고, 상기 제2영역에 있어서는 상기 제1금속과, 제2도전형의 반도체에 대해 오믹성 접촉이 가능한 제2금속과의 혼합체가 상기 제1도전형의 반도체에 접촉하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the first region, a first metal capable of ohmic contact with the semiconductor of the first conductivity type contacts the semiconductor of the first conductivity type, and in the second region, the first metal and the second conductive A mixture with a second metal capable of ohmic contact with a semiconductor of a type is made in contact with the semiconductor of the first conductive type.
한편, 본 발명의 반도체 발광소자의 제조방법은, 제1도전형의 반도체의 표면에 상기 제1도전형의 반도체에 대해 오믹성 접촉이 가능한 제1금속을 퇴적하는 공정과, 제1도전형의 반도체의 상기 표면의 일부에 제2도전형의 반도체에 대해 오믹성 접촉이 가능한 제2금속을 퇴적하는 공정 및, 상기 제1금속과 상기 제2금속을 반응시킴으로써 상기 제1도전형의 반도체에 대해 접촉저항이 높은 영역을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.On the other hand, the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention comprises the steps of depositing a first metal capable of ohmic contact with the semiconductor of the first conductivity type on the surface of the semiconductor of the first conductivity type, Depositing a second metal capable of ohmic contact with a second conductive semiconductor on a portion of the surface of the semiconductor; and reacting the first metal with the second metal to the semiconductor of the first conductive semiconductor. It is characterized by comprising a step of forming a region of high contact resistance.
(실시형태)Embodiment
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail, referring drawings.
본 발명의 제1실시형태에 의하면, InGaN층을 포함한 발광층과 GaN층간의 격자정수의 「오차」를 완화시킬 수 있다. 이를 위한 수단으로서, 발광층의 InGaN층을 AlGaN층과 적층시킨다. InGaN은 GaN 보다도 격자정수가 크고, 한편 AlGaN은 GaN 보다도 격자정수가 작다. 따라서, InGaN층과 AlGaN층을 적층시킨 발광층은 그 평균적인 격자정수를 GaN과 극히 가까워지도록 조절하는 것이 가능해진다. 이 때에, InGaN층의 막 두께를 어느정도 얇게, 즉 전자의 드·브로이파 정도, 또는 「임계막 두께」 이하로 하면, 결정결함을 발생시키지 않고 InGaN층에 압축응력을 인가하여 그 격자정수를 GaN에 가깝게 할 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, the "error" of the lattice constant between the light emitting layer including the InGaN layer and the GaN layer can be alleviated. As a means for this, the InGaN layer of the light emitting layer is laminated with the AlGaN layer. InGaN has a lattice constant larger than GaN, while AlGaN has a lattice constant smaller than GaN. Therefore, the light emitting layer in which the InGaN layer and the AlGaN layer are laminated can be adjusted so that the average lattice constant becomes very close to GaN. At this time, if the thickness of the InGaN layer is made somewhat thin, i.e., less than or equal to the electron de- broy wave or the "critical film thickness", the compressive stress is applied to the InGaN layer without causing crystal defects, and the lattice constant is GaN. Can be close to.
이 효과는, 발광소자가 「격자정합계」의 구성을 채용할 경우에 극히 현저하게 된다. 즉, GaN기판 또는 GaN층이 격자정합 가능한 기판을 채용함으로써, 기판과 성장층과의 격자정수의 「오차」를 극히 작게 하여, 발광층을 함유한 각 성장층에 유인되는 결정결함을 대폭 감소시킬 수 있다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 이와 같은 「격자정합계」에 있어서, InGaN층에 유인되는 결정결함을 보다 현저하게 감소시킬 수 있다.This effect is extremely remarkable when the light emitting element adopts the configuration of "lattice matching system". In other words, by adopting a GaN substrate or a substrate capable of lattice matching with the GaN layer, the "error" of the lattice constant between the substrate and the growth layer is extremely small, and the crystal defects attracted to each growth layer containing the light emitting layer can be greatly reduced. have. In the present invention, the crystal defects attracted to the InGaN layer can be more remarkably reduced in such a "grid matching system".
일예로서 GaN을 기판으로 할 경우에 대해 설명한다. 이 경우에는, 성장층의 Al 조성이 높아지면 경계면 방향에 인장응력, 그와 수직인 방향에는 압축응력이 작용하고, In 조성이 높아지면 경계면 방향에 압축응력, 그와 수직인 방향에는 인장응력이 작용한다. InGaN층은, AlGaN층에 의해 면내 방향의 압축응력을 받아, 결정격자가 탄성적으로 축소하여 GaN층과 격자정합 한다. 결국, 본 발명에 의하면, 「격자정합계」의 구성에 있어서, 보다 발광층의 InGaN의 격자정수를 GaN에 가깝게 할 수 있다. 그 결과로서, 발광층의 In 조성을 높게 해도, 결정층이나 경계면에서의 결정결함을 대폭 감소시킬 수 있다.As an example, the case where GaN is used as a substrate will be described. In this case, when the Al composition of the growth layer increases, the tensile stress acts on the interface direction, and the compressive stress acts on the direction perpendicular thereto. When the In composition increases, the compressive stress on the interface direction and the tensile stress on the direction perpendicular thereto. Works. The InGaN layer is subjected to compressive stress in the in-plane direction by the AlGaN layer, and the crystal lattice is elastically reduced to lattice match with the GaN layer. As a result, according to the present invention, the lattice constant of InGaN of the light emitting layer can be closer to GaN in the configuration of the "lattice matching system". As a result, even if the In composition of the light emitting layer is made high, crystal defects at the crystal layer or at the interface can be greatly reduced.
또한, 본 발명에 의하면, 박막의 In을 함유하는 층과 박막의 Al을 함유하는 층을 번갈아 성장함으로써, 결정성장의 경우의 문제인 InGaN 결정의 재증발이나 분해를 방지할 수 있어, 양질의 결정을 확실히 얻을 수 있다. 그 결과로서, 종래 보다도 In 조성이 높은 발광층을 실현하여, 녹색이나 보다 장파장의 적색영역에서의 고휘도의 발광소자를 실현할 수 있다.In addition, according to the present invention, by alternately growing the layer containing In of the thin film and the layer containing Al of the thin film, re-evaporation or decomposition of the InGaN crystal, which is a problem in the case of crystal growth, can be prevented, thereby making it possible to obtain high quality crystals. You can certainly get it. As a result, a light emitting layer having a higher In composition than the conventional one can be realized, and a light emitting device having a high luminance in green or a longer wavelength red region can be realized.
InGaN 양자정호가 단층의 경우는, 클레드층을 장벽으로 하여 AlGaN층을 도입해도 동등한 효과가 얻어진다. 발광층을 다중양자정호 구조로 할 경우에는, 모든 장벽층을 AlGaN으로 구성해도 좋고, InGaN과 AlGaN의 조합으로 구성해도 동등한 효과가 얻어진다. 또한, 보다 장파장에서의 발광을 얻기 위해서는, AlGaN층에 끼워진 InGaN층의 In 조성을 기판측으로부터 표면으로 감에 따라 증가시키면 결정성이 악화되지 않는 양호한 InGaN층을 실현할 수 있다. 또한, GaN 등의 도전성 기판 상에 성장층을 형성하면, 기판의 이면에도 전극을 형성할 수 있기 때문에, 웨이퍼 면적을 유효하게 이용할 수 있다.In the case where InGaN quantum crystal is a single layer, an equivalent effect can be obtained even if an AlGaN layer is introduced using the cladding layer as a barrier. When the light emitting layer has a multi-quantum crystal structure, all of the barrier layers may be made of AlGaN, or a combination of InGaN and AlGaN produces the same effect. In addition, in order to obtain light emission at a longer wavelength, when the In composition of the InGaN layer sandwiched by the AlGaN layer is increased from the substrate side to the surface, a good InGaN layer that does not deteriorate in crystallinity can be realized. In addition, when the growth layer is formed on a conductive substrate such as GaN, the electrode can be formed on the back surface of the substrate, so that the wafer area can be effectively used.
한편, 본 발명의 제2실시형태에 의하면, 소위 「전류차단구조」를 확실하면서 용이하게 형성할 수 있다. 예컨대, 발광층에서 발광한 광을 차폐하는 본딩패드의 하부에 전류를 흐르게 하지 않기 위한 구조 등을 확실하면서 용이하게 실현할 수 있다. 즉, p측 전극의 형성영역의 일부에 n측 전극재료를 함유하는 영역을 형성하여 어닐처리를 시행하면, 이들의 전극금속이 반응하여 접촉저항이 높은 영역이 형성된다. 이 고저항 영역에 본딩패드로 되는 오버코트전극을 형성하면, 이 부분은 발광층에 전류가 주입되지 않고, 발광하지 않는다. 이 구조의 형성에 즈음해서는, p측 전극의 오버코트전극에 n측 전극재료를 이용하면 효율적으로 제조프로세스를 진행할 수 있다. 이 영역 이외의 부분은 p측 전극과 반도체층이 충분히 낮은 접촉저항으로 접촉하고 있으며, 발광층에 대해 전류주입되어 발광한다.On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, the so-called "current blocking structure" can be formed reliably and easily. For example, it is possible to reliably and easily realize a structure for preventing current from flowing under the bonding pad that shields the light emitted from the light emitting layer. That is, when a region containing the n-side electrode material is formed in a part of the formation region of the p-side electrode and subjected to annealing, these electrode metals react to form a region having a high contact resistance. When an overcoat electrode serving as a bonding pad is formed in this high resistance region, no current is injected into the light emitting layer and no light is emitted. In the formation of this structure, when the n-side electrode material is used for the overcoat electrode of the p-side electrode, the manufacturing process can be efficiently carried out. In portions other than this region, the p-side electrode is in contact with the semiconductor layer with sufficiently low contact resistance, and current is injected to the light emitting layer to emit light.
이하, 구체적인 실시예를 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해 보다 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail, referring a specific example.
제1실시예First embodiment
우선, 본 발명의 제1실시예에 대해 설명한다.First, the first embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도이다. 즉, 발광소자(10A)는 n-(n형)GaN기판(11) 상에 n-GaN버퍼층(12), MQW층(13; 발광층), p-(p형)AlGaN클레드층(14), p-GaN층(15)이 순차 적층된 구성을 갖는다. 각 결정층은 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: 유기금속 화학기상성장)법이나 MBE(Molecular Beam Epitaxy: 분자선 에픽택시)법 등의 방법에 의해 성장시킬 수 있다.1 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to the present invention. That is, the light emitting device 10A includes an n-GaN buffer layer 12, an MQW layer 13 (light emitting layer), and a p- (p type) AlGaN cladding layer 14 on the n- (n type) GaN substrate 11. , p-GaN layer 15 has a structure in which the layers are sequentially stacked. Each crystal layer can be grown by methods such as MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) or MBE (Molecular Beam Epitaxy).
MQW층(13)은 도 1의 삽입확대도에 나타낸 바와 같이, InGaN층 웰층(13a)과 AlGaN층 장벽층(13b)을 번갈아 적층시킨 구성을 갖는다. 여기서, InGaN층(13a)의 층 두께는 20옹스트롱 정도, AlGaN층(13b)의 층 두께는 10옹스트롱 정도로 하고, 번갈아 5조(組) 정도 결정성장 시키면 된다.The MQW layer 13 has a structure in which an InGaN layer well layer 13a and an AlGaN layer barrier layer 13b are alternately stacked as shown in the insertion enlarged view of FIG. Here, the layer thickness of the InGaN layer 13a is about 20 angstroms, and the layer thickness of the AlGaN layer 13b is about 10 angstroms.
도 2는 GaN과 InN과 AlN의 a축 방향의 격자정수의 관계를 나타낸 그래프도이다.2 is a graph showing the relationship between lattice constants in the a-axis direction of GaN, InN, and AlN.
또한, 도 3은 GaN기판 상에 MQW층의 각 층을 에픽택셜 성장시킨 경우의 격자정수의 상태를 나타낸 개념도이다. 즉, 도 3의 (a)는 GaN기판(11)과 InGaN층(13a)의 격자정수의 관계를 나타내고, 도 3의 (b)는 GaN기판(11)과 AlGaN층(13b)의 격자정수의 관계를 나타낸다. 이들의 도면에 나타낸 바와 같이, InGaN층(13a)은 GaN기판(11) 보다도 격자정수가 크고, AlGaN층(13b)은 GaN기판(11) 보다도 격자정수가 작다. 따라서, 이들의 층을 그대로 GaN기판(11) 상에 에픽택셜 성장시키면, 격자정수의 「오차」에 기인하여 결정층이나 경계면에 결정결함이 발생한다.3 is a conceptual diagram showing the state of the lattice constant when epitaxially growing each layer of the MQW layer on a GaN substrate. 3A shows the relationship between the lattice constants of the GaN substrate 11 and the InGaN layer 13a, and FIG. 3B shows the lattice constants of the GaN substrate 11 and the AlGaN layer 13b. Represents a relationship. As shown in these figures, the InGaN layer 13a has a larger lattice constant than the GaN substrate 11, and the AlGaN layer 13b has a smaller lattice constant than the GaN substrate 11. Therefore, when these layers are epitaxially grown on the GaN substrate 11 as it is, crystal defects occur in the crystal layer or the interface due to the "error" of the lattice constant.
이에 대해, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 박막의 InGaN층(13a)과 AlGaN층(13b)를 적층시키면, InGaN층(13a)에는 면내 방향의 압축응력, AlGaN층(13b)에는 면내 방향의 인장응력이 각각 인가된다. 그리고, 각 층의 격자정수를 GaN기판(11)에 극히 가깝게 조절할 수 있다. 이 때에, InGaN층(13a)과 AlGaN층(13b)은 각각이 소위 「임계막 두께」 이하의 막 두께, 즉 탄성적으로 변형가능한 막 두께로 되도록 하면 결정결함의 발생을 확실히 억제할 수 있다.On the other hand, as shown in Fig. 3C, when the thin film of InGaN layer 13a and AlGaN layer 13b are laminated, the compressive stress in the in-plane direction is applied to the InGaN layer 13a and in-plane to the AlGaN layer 13b. Direction tensile stress is applied respectively. The lattice constant of each layer can be adjusted very close to the GaN substrate 11. At this time, the InGaN layer 13a and the AlGaN layer 13b can be reliably suppressed from the occurrence of crystal defects if the thickness of each of the InGaN layer 13a and the AlGaN layer 13b is less than the so-called "critical film thickness", that is, the elastically deformable film thickness.
그 결과로서, 도 3의 (d)에 나타낸 바와 같이, GaN기판(11) 상에 에픽택셜 성장시킨 경우에도, 극히 양호한 격자정합성을 실현할 수 있다.As a result, as shown in Fig. 3D, even when epitaxially grown on the GaN substrate 11, extremely good lattice matching can be realized.
또한, 이와 같이 고농도의 In을 함유하는 층(13a)을 극히 얇게 성장한 후에, 박막의 AlGaN층(13b)을 곧바로 적층하여 캡 하면, InGaN층(13a)의 분해나 재증발이 방지되고, In의 고농도화가 가능해졌다.In this way, after the layer 13a containing the high concentration of In is grown extremely thin, the AlGaN layer 13b of the thin film is directly stacked and capped to prevent decomposition or re-evaporation of the InGaN layer 13a. Higher concentrations are now possible.
이렇게 하여 형성한 MQW층(13) 즉 발광층은, InGaN층(13a)의 In 조성을 높게 설정해도, 결정결함의 발생을 현저히 억제할 수 있다. 그 결과로서 종래 보다도 장파장의 영역에서 고휘도이면서 장수명의 발광소자를 얻을 수 있다.The MQW layer 13, that is, the light emitting layer formed in this way can significantly suppress the occurrence of crystal defects even when the In composition of the InGaN layer 13a is set high. As a result, it is possible to obtain a light emitting device having a higher luminance and a longer life than a conventional wavelength region.
다시 도 1로 되돌아가 설명하면, GaN기판(11) 상에 각 결정층 12~15를 에픽택셜 성장시킨 후에, p-GaN층(15)의 표면에 증착법에 의해 Ni층과 Au층을 이 순서로 적층시킨 투명전극(16)을 형성하고, 더욱이 열CVD법에 의해 SiO2막을 퇴적하고, PEP(Photo Engraving Process)법을 이용하여 패터닝 함으로써 보호막(18)을 형성한다. 더욱이, 보호막(18)의 개구부에 노출하고 있는 투명전극(16) 상에 p측 본딩패드(17)로서 n측 전극의 재료인 Ti층을 적층시켜 증착하고, 더욱이 Au층 등을 적층한다. 본딩패드(17)의 패터닝은, 예컨대 레지스트를 이용한 리프트오프법에 의해 행할 수 있다. GaN기판(11)의 이면을 연마후에 Ti층과 Au층으로 이루어진 n측 전극(19)을 형성하고, 800℃, 20분간 정도의 플래쉬어닐을 시행한다.Referring back to FIG. 1, after the epitaxial growth of each crystal layer 12 to 15 on the GaN substrate 11, the Ni layer and the Au layer are deposited on the surface of the p-GaN layer 15 by vapor deposition. a transparent electrode 16 laminated with and further to form the protective film 18 by SiO 2 film is deposited and patterned using a PEP (Photo Engraving process) method by thermal CVD. Further, a Ti layer, which is a material of the n-side electrode, is deposited as a p-side bonding pad 17 on the transparent electrode 16 exposed to the opening of the protective film 18, and further, an Au layer or the like is laminated. Patterning of the bonding pad 17 can be performed by the lift-off method using a resist, for example. After polishing the back surface of the GaN substrate 11, an n-side electrode 19 composed of a Ti layer and an Au layer is formed, and flash annealing is performed at 800 ° C. for about 20 minutes.
이와 같은 방법으로 소자를 제작하면, n측 전극(19)의 플래쉬어닐의 경우에 p측에 있어서 Ni/Au 투명전극(16)과 Ti/Au 본딩패드(17)가 전극반응을 일으켜 p-GaN층(15)에 대한 접촉저항이 커진다. 따라서, 본딩패드(17)의 아래쪽에는 전류가 흐르기 어렵게 되어 발광이 일어나지 않는다. 한편, 본딩패드(17) 이외의 투명전극(16)에 있어서는 전류가 면내로 퍼져 p-GaN층(15)에 흐르기 때문에 균일한 발광이 얻어진다. 결국, 차광체인 본딩패드(17)의 아래쪽에서의 발광을 효과적으로 억제하여, 광의 외부 취출효율을 개선할 수 있다.When the device is fabricated in this manner, in the case of flash annealing of the n-side electrode 19, the Ni / Au transparent electrode 16 and the Ti / Au bonding pad 17 cause an electrode reaction on the p-side, resulting in p-GaN. The contact resistance to the layer 15 becomes large. Therefore, the current hardly flows under the bonding pads 17, so that light emission does not occur. On the other hand, in the transparent electrodes 16 other than the bonding pads 17, since current spreads in-plane and flows through the p-GaN layer 15, uniform light emission is obtained. As a result, light emission from the bottom of the bonding pad 17, which is the light shielding body, can be effectively suppressed, so that the light extraction efficiency of light can be improved.
도 4는 본 실시예에 의한 발광소자의 전류-광파워 특성을 나타낸 그래프도이다. 여기서는, 발광층(13)의 InGaN층(13a)의 In 조성을 60%로 했다. 또한, 도 4에 있어서는, 비교예로서, 도 8에 예시한 종래 구조의 발광소자의 특성도 나타냈다. 본 발명의 발광소자는 전류치 20mA의 경우, 전압 3.5V, 광출력 2.7mW, 발광파장은 550nm가 얻어졌다. 종래예에 비해 주입전류 20mA에 있어서의 광파워는 약 3배였다.4 is a graph showing current-optical power characteristics of the light emitting device according to the present embodiment. Here, the In composition of the InGaN layer 13a of the light emitting layer 13 was 60%. In addition, in FIG. 4, the characteristic of the light emitting element of the conventional structure illustrated in FIG. 8 was also shown as a comparative example. The light emitting device of the present invention had a voltage of 3.5 V, a light output of 2.7 mW, and a light emission wavelength of 550 nm at a current value of 20 mA. Compared with the conventional example, the optical power at an injection current of 20 mA was about three times.
더욱이, 본 실시예에 있어서는, p측 전극의 일부를 고저항 영역으로 했지만, 상술한 제조방법은 p측 전극에 한정되지 않고, n측 전극에 대해서도 동일한 적용이 가능하다. 결국, n측 전극의 형성영역의 일부에 p측 전극의 재료를 적층시켜, 적당한 정도로 열처리를 시행하면, n측 전극재료와 p측 전극재료가 합금화 되어 발광소자의 n측에 고저항 영역을 형성할 수 있다.Moreover, in this embodiment, a part of the p-side electrode is set as a high resistance region, but the above-described manufacturing method is not limited to the p-side electrode, and the same application is also possible for the n-side electrode. As a result, when the p-side electrode material is laminated to a part of the formation region of the n-side electrode and heat-treated to an appropriate level, the n-side electrode material and the p-side electrode material are alloyed to form a high resistance region on the n side of the light emitting device. can do.
또한, 도 8에 예시한 종래예와 같이 기판의 표면측에 p측 전극과 n측 전극의 양쪽이 형성되어 있는 경우에도 본 발명은 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우에는, Au 등의 오버코트전극과 n측 전극의 재료를 동일하게 하면 효율적으로 프로세스가 행해진다.In addition, the present invention can be similarly applied to the case where both the p-side electrode and the n-side electrode are formed on the surface side of the substrate as in the conventional example illustrated in FIG. 8. In this case, if the materials of the overcoat electrode such as Au and the n-side electrode are made the same, the process is performed efficiently.
또한, 본 실시예에서는, 발광층(13)을 InGaN웰층(13a)과 AlGaN장벽층(13b)으로 이루어진 MQW구조로 구성되는 예에 대해 설명했지만, 이 구성에 있어서 각 층의 In이나 Al의 조성은 반드시 동일할 필요는 없다. 즉, InGaN웰층(13a)에 대한 왜곡량이나 In 조성을 변화시키면, 여러가지의 파장의 발광을 얻을 수 있다.In the present embodiment, an example in which the light emitting layer 13 is composed of an MQW structure including an InGaN well layer 13a and an AlGaN barrier layer 13b has been described. In this configuration, the composition of In and Al of each layer is It is not necessarily the same. In other words, when the amount of distortion or the In composition of the InGaN well layer 13a is changed, light emission of various wavelengths can be obtained.
제2실시예Second embodiment
다음에, 본 발명의 제2실시예에 대해 설명한다.Next, a second embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 관해서는, 도 1에 있어서 상술한 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 발광소자(10B)에 있어서는, n-AlGaN클레드층(20)이 설치되어 있다. 또한, 발광층을 구성하는 웰층(13a)이 1층이고, 그 양측 또는 편측에 왜곡을 인가하기 위한 AlGaN층(13b, 13b)이 설치되어 있다. 더욱이, 도 5에 있어서는, 웰층(13a)의 양측에 AlGaN층(13b)이 설치되어 있는 경우를 예시했다.5 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the above-mentioned part in FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted. In the light emitting element 10B according to the present embodiment, an n-AlGaN cladding layer 20 is provided. Further, the well layer 13a constituting the light emitting layer is one layer, and AlGaN layers 13b and 13b are provided for applying distortion to both or one side thereof. Moreover, in FIG. 5, the case where AlGaN layer 13b is provided in the both sides of the well layer 13a was illustrated.
이들의 층 13a, 13b는, 각각 불순물을 도핑 해도 좋고, 또는 비도프 해도 좋다. 이와 같은 구성에서는 n-AlGaN클레드층(20)과, p-AlGaN클레드층(14) 및, InGaN발광층(13a)에 왜곡을 인가하기 위한 AlGaN층(13b, 13b)의 Al 조성과 InGaN발광층(13a)의 In 조성과의 관계에 따라 가해지는 왜곡량이 변한다. 이와 같이 하면, 보다 정밀하게 인가되는 왜곡량의 제어가 가능해진다. 또한, AlGaN층은 두꺼운 경우에 크랙이 생기기 쉬운데, 본 실시예에 의하면, 총 두께를 얇게 할 수 있는 장점도 있다.These layers 13a and 13b may be doped with impurities or undoped, respectively. In such a structure, the Al composition and the InGaN light emitting layer of the n-AlGaN cladding layer 20, the p-AlGaN cladding layer 14, and the AlGaN layers 13b and 13b for applying distortion to the InGaN light emitting layer 13a. The amount of distortion applied depends on the relationship with the In composition of (13a). In this way, the amount of distortion applied more precisely can be controlled. In addition, the AlGaN layer tends to be cracked when thick, but according to this embodiment, there is an advantage that the total thickness can be made thin.
더욱이, 도 5에 있어서는 InGaN층(13a)의 p측과 n측에 각각 1층만의 AlGaN왜곡층(13b, 13b)을 설치하고 있지만, 이들의 AlGaN층을 각각 복수의 다른 Al 조성의 층으로 이루어진 것으로 해도 좋다.Furthermore, in Fig. 5, only one layer of AlGaN distortion layers 13b and 13b are provided on the p side and the n side of the InGaN layer 13a, respectively, but these AlGaN layers each consist of a plurality of layers having different Al compositions. You may use it.
제3실시예Third embodiment
다음에, 본 발명의 제3실시예에 대해 설명한다.Next, a third embodiment of the present invention will be described.
도 6은, 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 관해서는, 도 1, 도 5에 있어서 상술한 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 발광소자(10C)에 있어서는, 웰층(13a)이 3층이고, 각각의 In 조성을 바꿈으로써, 발광파장을 바꾸어, 표면측으로부터 각각 640, 540, 460nm의 적·녹·청의 발광을 일으켜, 백색광을 얻을 수 있다. 장파장측에서는 밝은 발광이 얻어지기 어렵기 때문에, 보다 표면측으로부터 발광시키는 구성이다.6 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a third exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 1, FIG. 5, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the above-mentioned part in FIG. 1, FIG. 5, and detailed description is abbreviate | omitted. In the light emitting element 10C according to the present embodiment, the well layer 13a has three layers, and the emission wavelength is changed by changing the respective In compositions, so that red, green, and blue light emission of 640, 540, and 460 nm are respectively performed from the surface side. To produce white light. Since bright light emission is hardly obtained on the long wavelength side, it is the structure which makes it emit light from the surface side more.
그러나, 이와는 반대로, 장파장측의 웰층, 즉 In 조성이 높은 웰층을 기판(11)에 가까운 측에 설치해도 좋다. 즉, 3층의 웰층이 기판측으로부터 차례로 밴드갭이 커지도록 배치한다. 이렇게 하면, 기판측의 웰층으로부터의 발광이 상측의 웰층에 의해 흡수된다는 사태를 방지할 수 있다.However, on the contrary, the well layer on the long wavelength side, that is, the well layer having a high In composition may be provided on the side close to the substrate 11. That is, three well layers are arranged so that the band gap increases in order from the substrate side. In this way, the situation that light emission from the well layer on the substrate side is absorbed by the upper well layer can be prevented.
또한, 발광소자로부터의 자외발광을 형광체에 닿게 하여 색변환을(예컨대, 밝은 발광이 얻어지기 어려운 적색) 행한 광과 각 웰로부터의 발광을 조합시켜 백색광을 실현할 수도 있다. 일예로서, 이 경우의 웰층의 In 조성을 표면으로부터 각각 In=0.02, 0.3, 0.5로 하면, 발광파장은 각각 370, 460, 540nm로 된다. 이들중 370nm의 자외광을 형광체에 닿게 하여 적색광으로 변환한 것과, 각 웰로부터의 청, 녹의 발광에 의해 백색광을 얻는 것도 가능하다.In addition, the white light can be realized by combining the light emitted from each well with the light that has undergone color conversion (for example, red which is difficult to obtain bright light) by bringing the ultraviolet light emitted from the light emitting element into the phosphor. As an example, when the In composition of the well layer in this case is set to In = 0.02, 0.3, and 0.5 from the surface, the emission wavelengths are 370, 460, and 540 nm, respectively. Among them, white light can be obtained by converting ultraviolet light of 370 nm into red light by touching the phosphor and converting blue and green light from each well.
제4실시예Fourth embodiment
다음에, 본 발명의 제4실시예에 대해 설명한다.Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 관해서는, 도 1, 도 5, 도 6에 있어서 상술한 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 발광소자(10D)는 반도체 레이저이다. 즉, n-AlGaN클레드층(20) 상에는 n-GaN가이드층(24), MQW형의 발광층(13), p-AlGaN층(25), p-GaN가이드층(26)이 이 순서로 설치되고, 그 위에 p-AlGaN클레드층(14), p-GaN층(15)이 적층되어 있다.7 is a cross-sectional view conceptually illustrating a semiconductor light emitting device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 1, FIG. 5, FIG. 6, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the above-mentioned part in FIG. 1, FIG. 6, and detailed description is abbreviate | omitted. The light emitting element 10D according to the present embodiment is a semiconductor laser. That is, on the n-AlGaN cladding layer 20, an n-GaN guide layer 24, an MQW light emitting layer 13, a p-AlGaN layer 25, and a p-GaN guide layer 26 are provided in this order. The p-AlGaN cladding layer 14 and the p-GaN layer 15 are laminated thereon.
발광층(13)은, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같은 MQW형의 구조를 갖는 것으로 할 수 있다. 이 경우에, InGaN층(13a)의 In 조성은 0.2, AlGaN층(13b)의 Al 조성은 0.02로 할 수 있다.The light emitting layer 13 can have, for example, an MQW type structure as shown in FIG. In this case, the In composition of the InGaN layer 13a may be 0.2, and the Al composition of the AlGaN layer 13b may be 0.02.
또한, p-GaN층(15) 상에는 발광층에 대해 스트라이프형상으로 전류를 주입하기 위해, 스트라이프형상의 개구가 설치된 절연막(27)이 설치되고, 그 위에 p측 전극(28)이 설치되어 있다.In addition, on the p-GaN layer 15, an insulating film 27 provided with a stripe-shaped opening is provided on the p-GaN layer 15, and a p-side electrode 28 is provided thereon.
본 실시예에 의하면, 종래 보다도 장파장이면서 고파워의 레이저 광을 안정하게 얻는 것이 가능해진다.According to this embodiment, it is possible to stably obtain laser light with a longer wavelength and a higher power than before.
더욱이, 절연막(27) 대신에, 제1실시예에서 설명한 바와 같이, n측 전극재료를 설치해도 좋다. 즉, p-GaN층(15) 상에 스트라이프형상의 개구를 갖춘 n측 전극재료를 형성하고, 이 위 전면에 p측 전극을 적층시켜 열처리를 시행함으로써, 스트라이프의 외측의 영역을 고저항화 하는 것이 가능하다.Further, instead of the insulating film 27, as described in the first embodiment, an n-side electrode material may be provided. In other words, an n-side electrode material having a stripe-shaped opening is formed on the p-GaN layer 15, and the p-side electrode is laminated on the entire surface of the p-GaN layer 15 to perform heat treatment, thereby increasing the resistance of the region outside the stripe. It is possible.
이상, 구체적인 실시예를 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.In the above, embodiment of this invention was described, referring a specific Example. However, the present invention is not limited to these examples.
예컨대, 본 발명에서 이용하는 기판은 GaN으로는 한정되지 않고, 이 이외에도 GaN과의 격자부정합이 작은 재료이면 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, 기판재료로서 MnO, NdGaO3, ZnO, LiAlO2, LiGaO2등을 이용한 경우에는, GaN층과의 격자부정합을 약 2% 이내로 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 이들의 재료로 이루어진 기판을 이용하면, GaN층과의 격자정합성이 양호하고, 본 발명의 효과를 현저하게 얻을 수 있다.For example, the board | substrate used by this invention is not limited to GaN, In addition, if it is a material with small lattice mismatch with GaN, the same effect can be acquired. For example, when MnO, NdGaO 3 , ZnO, LiAlO 2 , LiGaO 2, or the like is used as the substrate material, lattice mismatch with the GaN layer can be suppressed to within about 2%. Therefore, by using the substrate made of these materials, the lattice match with the GaN layer is good, and the effect of the present invention can be remarkably obtained.
또한, 본 발명의 제2실시형태로서 상술한 전극형성에 관한 방법은, 질화갈륨계의 반도체 발광소자에 한정되지 않고, 그 외의 모든 재료로 이루어진 반도체 발광소자에 대해 동일하게 적용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, GaP계, GaAsP계, AlGaInP계, GaAlP계, InP계, InGaAs계, InGaAsP계 등 각종의 반도체로 이루어진 반도체 발광소자에 대해 동일하게 적용할 수 있다.In addition, the method for forming an electrode described above as a second embodiment of the present invention is not limited to a gallium nitride-based semiconductor light emitting device, and can be similarly applied to a semiconductor light emitting device made of all other materials to obtain the same effect. Can be. For example, the same can be applied to semiconductor light emitting devices made of various semiconductors such as GaP, GaAsP, AlGaInP, GaAlP, InP, InGaAs, InGaAsP and the like.
상기 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판에 대해 큰 격자정수를 갖는 반도체층과 작은 격자정수를 갖는 반도체층을 적층시킨 발광층을 이용함으로써 기판과 발광층과의 사이의 격자정수의 「오차」를 완화시킬 수 있다. 이 때에, 각 층의 막 두께를 전자의 드·브로이파의 파장정도, 또는 「임계막 두께」 이하로 하면, 결정결함을 발생시키지 않고 각 층에 압축응력을 인가하여 그 격자정수를 기판의 그것에 가깝게 할 수 있다.As described above, according to the present invention, by using a light emitting layer in which a semiconductor layer having a large lattice constant and a semiconductor layer having a small lattice constant are stacked on a substrate, the "error" of the lattice constant between the substrate and the light emitting layer is alleviated. You can. At this time, if the film thickness of each layer is less than or equal to the wavelength of the electron de broy wave or the "critical film thickness", compressive stress is applied to each layer without generating crystal defects, and the lattice constant is applied to the substrate. You can close it.
본 발명의 이 효과는, 발광소자가 「격자정합계」의 구성을 채용할 경우에 극히 현저해진다. 즉, 질화갈륨계에 있어서는, GaN기판 또는 GaN층이 격자정합 가능한 기판을 채용함으로써, 종래의 사파이어 기판 이용한 경우와 비교하여 기판과 성장층과의 격자정수의 「오차」를 극히 작게 하여, 발광층을 함유한 각 성장층에 유인되는 결정결함을 대폭 감소시킬 수 있다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 이와 같은 「격자정합계」에 있어서, InGaN층에 유인되는 결정결함을 보다 현저하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 「격자정합계」가 갖는 효과를 보다 현저하게 할 수 있다.This effect of the present invention becomes extremely remarkable when the light emitting element adopts the configuration of "lattice matching system". That is, in the gallium nitride system, by employing a GaN substrate or a substrate capable of lattice matching with a GaN layer, the light emitting layer can be made extremely small in comparison with the conventional sapphire substrate by using the "error" of the lattice constant between the substrate and the growth layer. Crystal defects attracted to each growth layer contained can be greatly reduced. In the present invention, the crystal defects attracted to the InGaN layer can be more remarkably reduced in such a "grid matching system". Therefore, the effect which "lattice matching system" has can be made more remarkable.
그 결과로서, 발광층의 In 조성을 높게 해도 결정층이나 경계면에서의 결정결함을 대폭 감소시킬 수 있다.As a result, even if the In composition of the light emitting layer is increased, crystal defects at the crystal layer or at the interface can be greatly reduced.
또한, 본 발명에 의하면, 박막의 In을 함유하는 층과 박막의 Al을 함유하는 층을 번갈아 성장함으로써, 결정성장의 경우의 문제인 InGaN결정의 재증발이나 분해를 방지할 수 있어, 양질의 결정을 확실히 얻을 수 있다. 그 결과로서, 종래 보다도 In 조성이 높은 발광층을 실현하여, 녹색이나 보다 장파장의 적색영역에서의 고휘도의 발광소자를 실현할 수 있다.In addition, according to the present invention, by alternately growing the In-containing layer of the thin film and the Al-containing layer of the thin film, re-evaporation or decomposition of the InGaN crystal, which is a problem in the case of crystal growth, can be prevented, thereby making it possible to obtain high quality crystals. You can certainly get it. As a result, a light emitting layer having a higher In composition than the conventional one can be realized, and a light emitting device having a high luminance in green or a longer wavelength red region can be realized.
또한, 보다 장파장에서의 발광을 얻기 위해서는, AlGaN층에 끼워진 InGaN층의 In 조성을 기판측으로부터 표면으로 감에 따라 증가시키면 결정성이 악화되지 않는 양호한 InGaN층을 실현할 수 있다. 특히, 각 웰층의 In 조성을 바꾸어, 적·청·녹의 발광을 시키면 결과적으로 백색의 발광이 얻어진다. 각 웰층에 대한 왜곡량을 제어하는 것에 의해서도 어느정도의 파장의 제어가 가능한 것이 실험적으로 알려져 있으며, In 조성과 격자왜곡을 조절함으로써 적·청·녹의 발광을 시켜 결과적으로 백색의 발광을 얻을 수도 있다.In addition, in order to obtain light emission at a longer wavelength, when the In composition of the InGaN layer sandwiched by the AlGaN layer is increased from the substrate side to the surface, a good InGaN layer that does not deteriorate in crystallinity can be realized. In particular, when the In composition of each well layer is changed to emit red, blue, and green light, white light emission is obtained as a result. It is experimentally known to control the wavelength to some extent by controlling the amount of distortion for each well layer. By controlling the In composition and the lattice distortion, red, blue, and green light can be emitted, resulting in white light emission.
또한, 본 발명에 의하면, GaN 등의 도전성 기판 상에 성장층을 형성하면, 기판의 이면에도 전극을 형성할 수 있기 때문에, 웨이퍼 면적을 유효하게 이용할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the present invention, when the growth layer is formed on a conductive substrate such as GaN, an electrode can be formed on the back surface of the substrate, so that the effect that the wafer area can be effectively used is also obtained.
한편, 본 발명의 제2실시형태에 의하면, 소위 「전류차단구조」를 확실하면서 용이하게 형성할 수 있다. 본 발명의 이 효과는, 질화갈륨계 화합물 반도체를 이용한 발광소자에 한정되지 않고, 그 외의 모든 재료를 이용한 발광소자에 대해 동일하게 적용하여 동일하게 얻을 수 있다.On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, the so-called "current blocking structure" can be formed reliably and easily. This effect of the present invention is not limited to a light emitting element using a gallium nitride compound semiconductor, and can be similarly applied to a light emitting element using all other materials.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 녹색부터 적색영역에 이르는 장파장의 발광을 확실히 얻을 수 있고, 또한 전류차단구조를 확실하면서 용이하게 형성할 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있어, 산업상의 장점은 매우 많다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor light emitting element which can reliably obtain long wavelength light emission from green to red region, and can reliably and easily form a current blocking structure, and a manufacturing method thereof. There are so many industrial advantages.
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